Ku波段宽角扫描圆极化微带阵列天线设计

提出了一种三馈电圆极化微带天线。天线馈电网络采用一分三功分馈电,实现微带贴片天线的圆极化辐射,增加方向图的旋转对称性。用该天线作为阵列单元,采用顺序旋转布阵技术组成一个3×4阵列,有效地改善了阵列天线的增益扫描特性。研究了该阵列天线波束扫描时的辐射特性和极化特性。仿真结果表明:阵列天线在中心工作频率处能实现俯仰60°的扫描,在扫描范围内增益大于11.9 d Bi,轴比小于2 d B。     

一种双频段圆极化阵列天线

文章将宽带单极化Vivaldi天线正交排列,通过圆极化电桥馈电,构建双频段圆极化阵列天线的基本辐射单元。利用遗传算法优化圆极化基本辐射单元的曲线特性、开槽宽度等影响电性能的主要结构参数,使其阻抗带宽及轴比带宽满足双频段工作的特性。根据相控阵天线理论,将基本辐射单元按矩形栅格排布得到圆极化阵列天线。仿真结果显示该圆极化天线在双频段内满足轴比及波束覆盖要求。该圆极化阵列天线对双频段圆极化阵天线的设计具有很好的指导意义。     

一种低剖面宽带二维宽角扫描圆极化阵列天线

针对现有圆极化平面阵列的扫描角受限和三维宽角扫描阵列体积大的问题,设计了一种基于阵因子方向图和单元因子方向图互补的低剖面宽角扫描圆极化阵列天线.该阵列单元采用新型圆极化正交偶极子天线,并由其组成多个圆环子阵,每一子阵内单元的法向均偏离阵列法向一个固定倾角并等间距排布在"涟漪"状金属地板上.这种阵列排布方式使得在主波束扫描至大角度时天线单元因子增益可以补偿阵因子的增益下降.设计的一个64元阵列天线的实测结果表明:在8~9 GHz工作带宽内,且波束扫描覆盖0°~±62°,各阵元的有源驻波比均小于2.1,中心频点扫描增益起伏小于1.71 dB,扫描波束的圆极化轴比小于2 dB.     

新型Ka频段宽角扫描圆极化相控阵天线

提出了一种新型的Ka频段圆极化相控阵天线。天线单元以单馈电开槽贴片天线为基础实现圆极化,通过微带贴片表面加载介质和辅助辐射器,展宽了天线波束宽度并优化了单元轴比。以该天线为阵列单元,采用顺序旋转布阵技术优化得到的2×2子阵,其辐射方向图具有良好的旋转对称性,由该子阵扩展形成的相控阵天线,有效地实现了圆极化宽角扫描特性。以8×8矩形阵列为例,仿真分析了此类二维相控阵天线波束扫描过程中的方向图和极化特性。研究结果表明,天线在工作频段内可实现方位360°、俯仰±60°扫描,扫描范围内天线增益波动和轴比均小于3 dB,同时该天线具有低剖面（高度尺寸为0.08λ0,λ0为空气介质波长）、结构简单、易于加工和集成等特点,非常适合小型化或一体化相控阵天线系统应用。     

模态波束双可重构OAM发生器的研究

针对圆环形阵列天线产生轨道角动量(orbital angular momentum, OAM)涡旋波的技术, 提出了宽带圆极化单臂螺旋天线(single-arm spiral antenna, SASA)构成的机械可重构圆环形阵列天线, 并深入研究了OAM涡旋波的模态检测和收发情况.利用SASA的相位特性, 调控各阵元绕自身轴线的旋转角度, 可灵活控制OAM涡旋波的主波束辐射方向.该设计可实现OAM模态和涡旋波辐射方向双可重构调控特性, 并根据SASA的旋转角方向实现左旋圆极化或右旋圆极化OAM涡旋波.实验加工并测试了该可重构圆环形OAM阵列天线, 验证了该思想和方法的正确性和有效性.     

宽角扫描的圆极化相控线阵

设计了一款宽波束的圆极化天线单元以及1×4的天线阵列，实现了一维的宽角圆极化扫描.天线单元由单层的辐射贴片和介质基片集成波导（substrate integrated waveguide，SIW）背腔构成，通过在辐射贴片上切角微扰和开U型槽实现右旋圆极化，并利用SIW背腔缝隙展宽波束.同时利用SIW背腔减小阵列单元间的互耦，实现宽角圆极化扫描.仿真与测试结果表明，天线阵列实现了扫描角为-53°~57°，3 dB波束宽度覆盖范围为-76°~79°，在主波束扫描覆盖范围内轴比（axial ratio，AR）均小于3 dB，且在扫描范围内增益变化平稳，可实现良好的宽角范围的圆极化扫描特性.     

四维多极化天线阵

针对通信感知一体化应用,利用四维天线阵技术实现了能够同时辐射多个极化波的新型天线阵。该天线阵列由四维天线阵馈电网络和4端口圆环阵列组成。四维天线阵特有的时间调制特性可以在不改变天线结构且不引入移相器的情况下,在中心频率产生垂直极化全向辐射波束,在第一边带产生左旋圆极化定向辐射波束,在负一边带产生右旋圆极化定向辐射波束。相比于传统极化可重构、波束可重构天线,四维天线阵结构简单,且三种极化状态和两种辐射波束可以同时实现,更好地满足多功能一体化系统需求。     

周期结构对小型天线阵宽角扫描性能的影响

利用周期结构来改善原阵列天线的辐射特性,新设计的高阻抗周期结构提高了天线阵波束扫描到较宽角度时天线的增益.该周期结构使得天线单元前向辐射有所增强,特别是在阵中情况下单元方向图比没有周期结构时的单元方向图宽很多,因此,在波束扫描到较大的角度时阵列天线的增益下降较少,如在波束扫描到士60°时天线阵列的增益比无周期结构阵列的增益高至少4 dB,新设计的周期结构保证了扫描波束在扫描到较宽角度时天线阵列具有较高的增益.     

星载双圆极化多波束对数周期天线阵的设计与实现

为满足一种星载系统的需要,研制了一双圆极化多波束对数周期天线(LPDA)阵,给出了该阵列的分析和设计方法.利用CST MWS电磁场计算软件对阵列单元以及组阵方式进行仿真和优化,减轻了设计风险,节省了设计成本,所得结果与实物测试具有很好的一致性.     

花纹螺旋结构的倾斜波束圆极化线阵设计

为了提高天线的增益,在阵列天线理论的基础上,设计了一种新型花纹螺旋结构的八元斜波束圆极化直线阵.该阵列以花纹阿基米德(Archimedean)螺旋线为单元,利用微带型Wilkinson功分器实现馈电,通过阵列单元间距的优化,实现了阵列高增益的目的对阵列进行了设计、仿真、加工和实测,实测结果和仿真结果吻合较好,实测表明,该八元直线阵列在30°倾斜角度方向上取得了18 dBi以上的增益,阵列在6.1 GHz时取得了最大增益192 dBi,同时阵列保持了18.75％相对带宽的圆极化辐射特征,在工作频段内阵列的交叉极化分量小于-13 dB.     

一种基于5G应用的圆极化微带相控阵天线

本文提出一款应用于5G频段,可实现方位面±40°波束扫描的圆极化微带相控阵天线。该相控阵天线单元是由矩形贴片、上下介质板、缝隙耦合馈电结构、金属反射板构成。利用切比雪夫综合法的一分八不等分功分器实现相控阵天线的馈电形式。测试结果表明,阵列天线的驻波比带宽为3.25 GHz～3.69 GHz,端口隔离度大于25 dB,扫描过程中增益最大为21 dB,增益衰落小于3 dB,最大扫描角处轴比为2.89 dB。该天线具有低剖面、高隔离度、高增益以及良好的波束扫描性能等优点。     

ETC用5.835GHz微带阵列天线的设计

设计了一种ETC用低旁瓣圆极化微带阵列天线,应用于电子收费(ETC)的路测单元(RSU)。为实现低旁瓣、圆极化的效果,对2个微带天线单元运用旋转与相位补偿的方法进行轴比改进,并以改进后的2单元作为辐射单元制作了一款基于道尔夫-切比雪夫幅度分布的微带天线阵列。经过仿真与实际测量,该天线具有很好的低旁瓣、圆极化的效果。该天线对于ETC系统以及其他类似的天线系统具有很好的理论与实际意义。     

线元天线阵列超短电脉冲传输特性实验研究

用脉冲电源产生亚纳秒高斯电脉冲给线元天线馈电,测试线元天线轴线能量的传输特性;实验结果表明:在相同轴线距离处,线元阵列天线轴线能量与单元天线轴线能量之比正比于天线阵列阵元数的平方;阵列天线轴线能量具有慢衰减传输特性;对线元阵列天线不同行、列作适当馈电延迟,可以实现辐射电磁波束的空间扫描.所有实验结果在误差范围内与理论计算结果符合.     

CPW无空气桥功分器设计及其在阵列天线中的应用

针对传统微带圆极化阵列天线存在带宽较窄、尺寸较大等问题,提出一种新颖的基于共面波导(CPW)槽线转换结构的无空气桥功分器,并基于此功分器设计了一款紧凑型高定向性圆极化阵列天线。设计的共面波导功分器利用共面波导奇模式方法实现了能量分配,不需使用空气桥结构及四分之一波长匹配线,因此尺寸更加紧凑,结构更加简单。利用此功分器设计的圆极化阵列天线剖面厚度仅为1 mm,轴比带宽为4.14%,阻抗带宽为7.03%;在5.8 GHz时,实测增益为8.412 dBi,在保证低剖面、小尺寸的同时,可提供足够的工作带宽以及天线增益。     

一种新型圆极化可重构天线

本文利用最大功率传输效率法(MMPTE),通过4个相同左旋圆极化贴片单元作为子阵来实现阵列天线圆极化可重构。通过在被设计阵列(作为发射阵列)远场区引入极化控制接收天线,可以将整个收发系统看作一个无线功率传输系统,这样就可以把阵列天线的设计问题转换为一个天线之间的传输效率最优化的问题。通过调节接收天线的极化方式和接收位置,可控制被设计阵列的极化方式和扫描角度。与传统做法不同的是,被设计阵列单元的极化方式确定时,通过改变接收天线的极化方式,阵列还能产生与单元极化相反的极化方式,同时两种极化方式所得的增益差距在1dBi以内。本文以中心频率在2.45GHz的左旋圆极化单元组成的十六单元阵列为例,说明如何实现阵列左右旋极化的可重构以及+/-60°的扫描功能。     

Polarization-agile microstrip antenna array using a single phase-shift circuit

A novel polarization-agile microstrip antenna array is proposed, in which the polarization agility from linear to circular polarization for the whole array is realized easily by controlling a single phase-shift circuit. Using the corner-fed square patch element, a new 16 element dual-polarized array with high isolation and low cross-polarization is designed and analyzed by the extended multiport network method. A special FET phase shifter circuit is created, where 0/spl deg/ or 90/spl deg/ phase shift between dual ports is electrically switched. Experimental results are presented to verify the theory, and measured circularly-polarized radiation patterns show a boresight axial ratio of 0.5 dB. Another experiment that connects a low noise amplifier together with the phase-shift circuit is also introduced, realizing both polarization agility and power amplification with one active circuit.     

复合左右手微带有源漏波阵列天线

本文通过分析左右手传输线的后向波理论,提出了一种基于复合左右手传输线的有源漏波阵列天线。该天线的有源辐射单元部分采用左右手传输线结构,通过添加有源放大器和移相器,在传输方向上可以实现前后向波束大范围扫描,在组阵方向实现波束相扫,整个阵列实现两维电扫功能。仿真与实验结果吻合良好,表明该设计方法的正确性和可行性。     

A monofilar spiral antenna and its array above a groundplane-formation of a circularly polarized tilted fan beam

A monofilar spiral antenna is analyzed in the presence of a conducting plane reflector, using the method of moments. The circumference of the spiral antenna is chosen to be 2.3 wavelengths. A tilted beam of circular polarization is realized by superposing the fields from two active regions. The gain of the tilted beam is approximately 8 dB. The frequency bandwidths for 1-dB gain drop and 3-dB axial ratio criterions are 12% and 23%, respectively. An array consisting of the four monofilar spiral antennas is also analyzed, where the array element spacing is chosen to be 0.8 wavelength at a design frequency f₀. The input impedances of the four spirals are almost the same as the impedance of the single monofilar spiral antenna at f₀. The array radiates a tilted fan beam with a gain increase of approximately 6 dB from the gain of the single spiral antenna at f₀. The frequency bandwidth for a 3-dB axial ratio criterion is almost the same as that of the single spiral antenna     

数字阵雷达天线波瓣图测试方法与试验验证

针对固定式相控阵雷达在中场法或远场法中不能实时得到天线波瓣图的问题,提出了采用扫描波瓣图替代天线波瓣图进行天线测试的方法。从理论上分别推导了和波束与差波束扫描波瓣图和天线波瓣图的解析式,研究了单元波瓣图对扫描波瓣图和天线波瓣图的影响,指出了在单元波瓣主瓣范围内扫描波瓣图和天线波瓣图近似等价。仿真和试验结果 均表明:扫描波瓣图和天线波瓣图在各项性能指标上都是等价的,可用于指导雷达总体依据扫描波瓣图对天线进行验收。